一种新型环保纳米杂化固体润滑添加剂的制备及应用

本发明涉及添加剂技术应用领域，具体涉及一种新型环保纳米杂化固体润滑添加剂的制备及应用。

背景技术：

1、从日常家居用品到中型和重型工业，润滑油的使用与燃料一样重要。摩擦力是自然界中的一种固有力，在某些情况下是有作用的，但在其他情况下，减少摩擦力对于机械部件的平稳和不间断运行至关重要。当需要减少摩擦力时，润滑剂和润滑添加剂的应用在最大限度地减少磨损、减少功耗和减少能量损失方面发挥着关键作用。解决摩擦问题涉及到使用各种不同物理状态下的润滑剂，包括液体和固体，以满足特定需求和要求。液体润滑剂适用于在较低温度和压强下运行的系统，而固体润滑剂适用于产生高温并在摩擦表面承受高压的系统。固体润滑剂是一个重要的类别，包括含金属和非金属的化合物，这两种类型都适用于不同的摩擦体系。

2、制造业和工业运营的扩张对空气质量和环境产生了负面影响。生物和环境可持续性受到与汽车和工业中的高摩擦带来的大量能源消耗的威胁，这突出了生态摩擦学的重要性。目前的举措侧重于用生物基材料替代含污染的润滑添加剂，以缓解这些环境问题。

3、硅油(so)因其生物安全性和适应性而备受赞誉，广泛应用于医疗和化妆品领域。凭借合理的市场价格、热稳定性和优异的介电性能，随着进一步的改进，它在生态摩擦学应用中具有增强性能减小摩擦的潜力。

4、为了解决固体润滑添加剂的有害影响并提高其热稳定性，本专利旨在为行业工人和日常消费者设计一种环保、耐热、安全的固体润滑剂。我们采用了常用的硼砂和高度稳定的倍半硅氧烷基新型材料。

5、硼砂和硼酸等硼酸盐是各种液体中常见的润滑添加剂，以其低摩擦系数、高耐磨性和与摩擦界面的兼容性高等特性而闻名。硼砂(na2b4o7)以五水合物(na2b4o7·5h2o)和十水合物(na2b4o7·10h2o)的形式广泛应用于金属拉丝、搪瓷、焊剂、纺织品、化妆品和肥皂行业。

6、倍半硅氧烷是具有三维si-o-si网络的含硅化合物家族的重要成员，这使得该材料成为实现具有高热稳定性的所需特性的良好选择。为了获得这些特性，制备了具有窄尺寸分布的新型含长碳链的纳米聚甲基倍半硅氧烷杂化颗粒。由于长碳链或烷基链具有低表面能、环境友好和润滑效果，因此，这些类型的材料被用于减小摩擦力。

7、硅油(so)因其生物安全性和适应性而具有重要价值，广泛应用于医疗和化妆品领域。凭借合理的市场价格和良好的热稳定性，它还具有通过进一步改进来降低生态摩擦学应用中的摩擦力的潜力。在硅油润滑研究中，制备了这类不同类型的材料，例如，在硅油中加入十戊基氟辛酸的氟基十八烷基胺盐，以增强摩擦力性能，从而显著提高磨损和减少摩擦力的性能.制备了氯苯基取代硅油和三氟丙基硅氧烷，三氟丙基硅油成为具有高抗磨性能的顶级承载油。同时，用氟硅烷改性的镧金属基laf3纳米颗粒，增强了氟硅油作为固体润滑添加剂的摩擦性能。表面改性的laf3纳米粒子显著提高了摩擦系数和耐磨性能。然而，它们的缺点包括热稳定性低和潜在的健康危害。因此硼砂(na2b4o7)改性后的润滑添加剂有效解决其热稳定性较差，不能应用于高温和高压场景的缺点，得到具有低摩擦系数、高耐磨性和与摩擦界面的兼容性好等特性的新型环保纳米杂化固体润滑添加剂。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明制备了具有高的热稳定性、良好的减少摩擦力性能和对硅油(聚二甲基硅氧烷)的耐磨性能好的环保润滑添加剂。

2、为了实现以上目的，本方案提供一种环保纳米杂化固体润滑添加剂的制备方法，包括以下步骤：

3、优选地，通过在150-750rpm搅拌速度下将10-50g甲基三乙氧基硅烷(mtes)加入到含有0.1-10g十二烷基苯磺酸钠(sdbs)的水中，10-100分钟后制备出聚甲基倍半硅氧烷纳米颗粒(p-np)。

4、优选地，所述反应由0.1-10ml nh4oh(2-40％v/v)催化，并在10-100℃下持续1-10h。最后，通过离心将溶剂混合物中分离p-np，并用蒸馏水洗涤三到五次，由此获得白色材料。

5、优选地，将上述白色材料在10-100℃的真空烘箱中干燥2-24小时，其显示出明亮的白色粉末外观，用球磨机进一步研磨为细颗粒。

6、优选地，将油酸或十八碳-9-烯酸加入到连接到玻璃水分离器和冷凝器的三口烧瓶中，进行酯化反应。

7、优选地，上述反应在10-100℃、100-500rpm的速度下持续搅拌。油酸与乙醇的摩尔比为1:1,1:2,1:3,1:4,1:5，作为催化剂的硫酸用量为0.1-1.0g(纯度90-99％)。在加热反应混合物的同时，将冷却后蒸发的乙醇收集到实验室玻璃水分离器中，总反应时间为1-24小时。

8、优选地，在分液漏斗中洗涤所得的9-十八碳烯酸乙酯或油酸乙酯(eo)以除去h2so4，并用koh滴定过量的h2so4，通过旋转蒸发器纯化eo以去除任何未反应的物质。

9、优选地，在n2气体的惰性环境中，通过在10-100ml甲苯溶剂中取1-10g油酸乙酯eo并以100-500rpm搅拌速度保持混合，进行氢化硅烷化反应。

10、优选地，用微熔泵开始缓慢添加三乙氧基硅烷(tes)，并在1-24小时内完成添加，eo与tes的摩尔比为1:1,1:2,1:3,1:4,1:5。

11、优选地，在烧瓶中使用氯铂酸h2ptcl6(在异丙醇中为0.01-0.1wt％)，最高浓度为60ppm，整个过程中反应温度为10-100℃，反应1-96h，通过旋转蒸发器分离未反应的化合物。相对于所有反应物的使用量，获得80-90％的氢化硅烷化产物。

12、在ftir中，氢化硅烷化产物中的主要特征峰是在1622cm-1处不存在油酸乙酯(eo)的烯烃的c＝c，在1025cm-1(弯曲)和1120cm-1(拉伸)处存在si-o键，而在760cm-1处存在si-c(拉伸)，这证实了三乙氧基硅烷(tes)与eo的成功氢化硅烷化，如图1所示。

13、优选地，通过在10-100℃下将p-np(2-5g)和0.1-1g s2eo在100-300ml水(20-130ml)和乙醇(80-170ml)溶液中超声分散1-10分钟，用11-(三乙氧基甲硅烷基)十一酸乙酯(s2eo)对p-np进行改性。

14、优选地，在50-500ml三颈烧瓶中加入混合物进行预混合，搅拌速度高达100-500rpm，搅拌时间10-300分钟。

15、优选地，通过缓慢加入氢氧化铵(20-50％v/v)保持溶液ph为7.5-9.5。

16、优选地，在上述溶液中滴加在5-250ml去离子水中制备的0.1-1mol/l的甲胺溶液，同时在10-100℃下持续搅拌加热反应1-24小时。

17、优选地，在上述反应完成后，将其冷却至室温，并对混合物进行高速离心，用乙醇和水多次循环洗涤，使混合物呈中性，将获得的经s2eo改性的p-nps的白色产物在10-100℃的热空气真空中干燥1-24小时。

18、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

19、本发明是基于聚甲基倍半硅氧烷(pmsq)的改性纳米粒子，采用环保材料，具有高热稳定性、良好的减少摩擦力性能和对硅油(聚二甲基硅氧烷)的耐磨性能(摩擦力性能)。